Question

某研究小組用黃銅礦（主要成分是CuFeS₂，其中S為-2價(jià)）為主要原料煉銅，其總反應(yīng)為：2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂═2Cu+2FeSiO₃+4SO₂．事實(shí)上該反應(yīng)是按如下流程分步進(jìn)行的：

（1）氧化Ⅰ的反應(yīng)主要是煅燒生成的硫化亞鐵被進(jìn)一步氧化為氧化亞鐵，并與二氧化硅反應(yīng)生成礦渣．礦渣的主要成分是

 

（填化學(xué)式）．
（2）據(jù)報(bào)道，有一種細(xì)菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，反應(yīng)是在酸性溶液中發(fā)生的．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）我國學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，以精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中與O₂（空氣）反應(yīng)，生成物冷卻后經(jīng)溶解、除鐵、結(jié)晶，得到CuSO₄?5H₂O，生產(chǎn)成本能夠降低許多．有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

沸騰爐溫度/℃	560	580	600	620	640	660
水溶性Cu/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
酸溶性Cu/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

①CuFeS₂與O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
②實(shí)際生產(chǎn)過程中沸騰爐溫度為600～620℃．則控制溫度的方法是

 

．
③當(dāng)溫度高于600～620℃時(shí)，生成物中水溶性銅下降的原因是

 

．
④生成物冷卻后的除鐵的實(shí)驗(yàn)操作方法主要是

 

．已知在溶液中，Cu²⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.7、6.7，F(xiàn)e³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為1.1、3.2；如果制得的硫酸銅溶液中含有少量的Fe³⁺，請寫出除去溶液中Fe³⁺的實(shí)驗(yàn)操作步驟：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂=2Cu+2FeSiO₃+4SO₂分析判斷；
（2）由題意可知，CuFeS₂在酸性溶液中與氧氣在一種細(xì)菌的作用下生成的硫酸鹽是硫酸銅和硫酸鐵；
（3）①精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中與O₂（空氣）反應(yīng)，最終得CuSO₄?5H₂O，說明鐵元素的存在形式是氧化鐵，還有二氧化硫生成；
②因?yàn)镃uFeS₂與O₂反應(yīng)放熱，所以在生產(chǎn)過程中控制加入CuFeS₂的速度，控制溫度；
③水溶性銅化合物為CuSO₄?5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時(shí)，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，則在600℃以上時(shí)水溶性銅化合物含量減少；
④生成物中除硫酸銅外還有氧化鐵，氧化鐵不溶于水，所以冷卻后的除鐵的實(shí)驗(yàn)操作方法主要是過濾；除去鐵離子而不除去銅離子，調(diào)節(jié)溶液的pH值在3.2到4.7之間，使鐵離子完全沉淀，而銅離子不沉淀，所以具體操作是加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]粉末，充分?jǐn)嚢�，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3.2，加熱煮沸，過濾，用（適量）稀硫酸酸化；

解答： 解：（1）根據(jù)2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂=2Cu+2FeSiO₃+4SO₂，可得礦渣為FeSiO₃；故答案為：FeSiO₃；
（2）由題意可知，CuFeS₂在酸性溶液中與氧氣在一種細(xì)菌的作用下生成的硫酸鹽是硫酸銅和硫酸鐵，化學(xué)方程式為4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂

細(xì)菌  .

4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；故答案為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂

細(xì)菌  .

4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（3）①精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中與O₂（空氣）反應(yīng)，最終得CuSO₄?5H₂O，說明鐵元素的存在形式是氧化鐵，加水溶解可過濾除去，所以CuFeS₂與O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式為4CuFeS₂+15O₂=4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂；故答案為：4CuFeS₂+15O₂=4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂
②因?yàn)镃uFeS₂與O₂反應(yīng)放熱，所以在生產(chǎn)過程中控制加入CuFeS₂的速度，控制溫度；故答案為：控制加入CuFeS₂的速度；
③水溶性銅化合物為CuSO₄?5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時(shí)，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，則在600℃以上時(shí)水溶性銅化合物含量減少；故答案為：CuSO₄受熱分解；
④生成物中除硫酸銅外還有氧化鐵，氧化鐵不溶于水，所以冷卻后的除鐵的實(shí)驗(yàn)操作方法主要是過濾；除去鐵離子而不除去銅離子，調(diào)節(jié)溶液的pH值在3.2到4.7之間，使鐵離子完全沉淀，而銅離子不沉淀，所以具體操作是加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]粉末，充分?jǐn)嚢瑁�調(diào)節(jié)溶液的pH約為3.2，加熱煮沸，過濾，用（適量）稀硫酸酸化；故答案為：過濾；加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]粉末，充分?jǐn)嚢瑁�調(diào)節(jié)溶液的pH約為3.2，加熱煮沸，過濾，用（適量）稀硫酸酸化．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備過程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，化學(xué)方程式和書寫方法及其實(shí)驗(yàn)操作，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．